电平转换电路原理
一、电平转换方法 5种电平转换方法分别是：[*]晶体管电平转换方法；
[*]专用电平转换芯片；
[*]限流电阻电平转换方法；
[*]电阻分压电平转换方法；
[*]二极管电平转换方法； 下面我们会从速率、驱动能力、漏电流、成本、通道数五个维度评价。 1、使用晶体管转换电平 如下图1，使用2个NPN三极管，将输入信号电平VL和转换为输出电平VH，使用2个三极管的目的是将输入和输出信号同相，如果可以接受反相，使用一个三极管也可以。
https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-8223537/bc85bb66d6ac1fa4784c2d00b22ef743.png图1；晶体管进行电平转换
[*]便宜：三极管容易常见并且容易采购，价格低廉（批量几分钱一个）。
[*]驱动能力强：驱动能力取决于三极管，可以做到数十mA；
[*]漏电流低：I、和OUT两者之间的漏电流较小（uA级别），几乎可以忽略不计。 劣势：
[*]速度：两级三极管属于电流驱动型，加上电路和寄生电容，转换后的波形不是十分理想。一般只能用于100K以内的信号转换。
[*]器件多：同相转换需要2个三极管以及配套的电阻，多路转换时占用空间较多。
2、使用专用电平芯片转换电平 如下图2，使用专用的电平转换芯片，分别给输入和输出信号提供不同的电压，转换由芯片内部完成，例如MCP2551/3221等电平转换芯片。专用芯片是最可靠的电平转换方案，5个优点里面占据了4个，除了成本。https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-8223537/3c0bcfab4ecdf72eea5d9e4024e3f65b.png图2；专用电平转换芯片
优势：
[*]驱动能力强：专用芯片的输出一般都使用了CMOS工艺，输出驱动10mA不在话下。
[*]漏电流几乎为0：内部是一些列的放大、比较器，输入阻抗非常高，一般都达到数百K。漏电流基本都是nA级别的。
[*]路数较多：专用芯片针对不同的应用，从2路到数十路都有，十分适合对面积要求高的场合。
[*]速率高：专用芯片由于集成度较高，工艺较高，，速率从数百K到数百M的频率都可以做。 劣势：
[*]成本：专用芯片集众多优势于一身，就是成本是最大的劣势，一个普通的数百K速率的4通道电平转换芯片，价格至少要1元*币以上，如果使用三极管做，成本2毛钱都不到。
3、使用电阻分压转换电平 如下图3，R2和R3构成分压，下图中Vgprs=3.3*5.6K/（1K+5.6K）=2.8V。GPRS模块的的TX由于在发送端，2.8V在右边的接收范围内，所以不需要分压，只需要增加一个电阻限流。https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-8223537/9399a7c1d8751e2e414e780e966b24ae.png图3；电阻分压法电平转换
优势：
[*]便宜：便宜是最大的优点，2个电阻一分钱不到；
[*]容易实现：电阻采购容易，占用面积小。 劣势：
[*]速度：分压法为了降低功耗，使用K级别以上的电阻，加上电路和器件的分布和寄生电容，速率很难上去，一般只能应用于100K以内的频率。
[*]驱动能力：由于使用了大阻值的电阻，驱动能力被严格控制，并不适合需要高驱动能力的场合，例如LED灯等
[*]漏电：漏电是该方案最大的缺点，由于通过电阻直连，左右两端的电压会流动，从而互相影响。例如，RS232接口采用该方案，上电瞬间外设就给主芯片提供2.8V的电平，轻则影响时序导致主芯片无法启动，重则导致主芯片闩锁效应，烧毁芯片。 4、使用电阻限流转换电平 有一些技高人胆大的工程师，有时候还会使用一个电阻限流的办法，实现两个不同电平之间的转换。具体的现实原理就是利用芯片的输入电流不超过某个值，例如74HC系列的芯片的输入电流值不能超过20mA，即可认为是安全的，如果是5V转3.3V，只要电阻＞（5-3.3V）/20mA=85Ω，选择一个1K的电阻，则认为是安全的。因为芯片内部是可以等效一个负载电阻RL，与R1构成分压的关系。
https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-8223537/aed938d883e196a0cfffc6745d755e27.png图4；电阻限流法电平转换
优势：
[*]便宜：便宜是最大的优点，只需要一个电阻就解决。
[*]容易实现：电阻采购容易，占用面积小。 劣势：
[*]使用电阻限流法需要具备很高超的技术（作者自认为无法驾驭），不仅需要十分熟悉芯片内部的构成，而且还要考虑限流后的电压范围，最关键的是，出问题了以后还容易和芯片厂家扯皮，使用这类方案的工程师，胆是大了，技不一定高。 5、使用二极管钳位转换电平 有一些工程师还经常使用二极管钳位的方法进行电平转换，如下图左是3.3V转5V，当3.3V电平为高时，5V输出电压=3.3V+Vd=3.3+0.7≈4V，到达5V的高电平阈值，当3.3V电平输出为低时，5V电平输出电压约=Vd≈0.7V，在低电平阈值范围内。 如下图右是5V转3.3V，输入是高电平时，3.3Vout=3.3V+Vd≈4V，当5V电平输入为低电平时，3.3Vout=0V。
https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-8223537/f9d4a98bfdaa77be805cc21db6c8ca1f.png图5：3.3V转5V（左），5V转3.3V（右） 优势：
[*]漏电流小：由于二极管的漏电流非常小（uA级），可以单向防止电源倒灌，防止3.3V倒灌到5V。
[*]容易实现：二极管、电阻采购容易，占用面积小。 劣势：
[*]电平误差大：主要是二极管的正向压降较大，容易超出芯片的工作电压范围。
[*]单向防倒灌：只能单向防止倒灌，不能双向防止倒灌。
[*]速度和驱动能力不理想：由于电阻限流，驱动速度和能力均不理想，只能应用在100K以内的频率。
[*]所需器件较多。
普通应用速率不高的可以直接分立电路搭
页:
[1]